(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスシャワーヘッドの温度均一性と、その下方のガス分布を改善する。【解決手段】プラズマ処理装置において電極１１にガスシャワーヘッド１５等を固定する装置である、磁性金属もしくは強磁性金属または金属合金によって作られ、反応容器１０内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力を供給するための上部電極１１、上部電極に固定されるガスシャワーヘッド１５、ガスシャワーヘッドの上面に接合され、複数の分れた磁石と強磁性金属で作られる金属シートと変形膜とから構成されるシート状磁気アセンブリ２２、を備える事に依る。【選択図】      図１
2005019606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室と、
磁性もしくは強磁性の金属、または強磁性特性を示す金属合金で作られる上部電極で、前記反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力を印加される上部電極と、
前記上部電極に固定されるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートと、
前記のガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、複数の分れた磁石と、強磁性金属で作られる金属シートと、変形膜とから構成されるシート状磁気アセンブリと、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置におけるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを電極に固定する装置。
【請求項２】
反応室と、
金属で形成され、前記反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力を印加するための上部電極と、
前記上部電極に固定されるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートと、
前記上部電極の下面に取り付けられる、磁性金属もしくは磁性金属合金、または強磁性金属で作られる薄型プレートと、そして
前記のガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、複数の分れた磁石と、強磁性金属で作られる金属シートと、変形膜とから構成されるシート状磁気アセンブリと、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置におけるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを電極に固定する装置。
【請求項３】
反応室と、
金属で形成され、前記反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力を印加するための上部電極と、
前記上部電極に固定されるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートと、
前記上部電極の下面部内に設けられ、それぞれが離れた位置にある複数の磁石と、そして
前記のガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、複数の分れた磁石と、強磁性金属で作られる金属シートと、変形膜とから構成されるシート状磁気アセンブリと、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置におけるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを電極に固定する装置。
【請求項４】
反応室と、
金属で形成され、前記反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力を印加するための上部電極と、
前記上部電極に固定されるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートと、
前記上部電極の下面部内に設けられ、複数の分れた磁石と、そして
前記のガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に離れて固定された複数の分れた磁石であって、前記磁石の位置は前記上部電極内に配置された磁石と重なる磁石と、を備え、
前記上部電極内の前記磁石と前記のガスシャワーヘッドまたはターゲットプレート上の前記磁石が、同じ磁軸に存するどの２つの磁石との間にも引力が生じるように配置されることを特徴とするプラズマ処理装置におけるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを電極に固定する装置。
【請求項５】
前記のガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートが、磁石のないその上面に薄型の強磁性金属シートを有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置における電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットを固定する装置。
【請求項６】
反応室と、
非磁性金属で形成され、前記反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力を印加するための上部電極と、
前記上部電極の内表面近傍に閉じた磁界を発生させるために前記上部電極の内表面部内に離れた位置で配置される複数の磁石と、そして
前記上部電極に固定されガスシャワーヘッドまたはターゲットであって、磁性金属がその上面に配置された前記ガスシャワーヘッドまたは前記ターゲットプレートと、
を備えたことを特徴とする磁界支援型プラズマ処理装置における電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置。
【請求項７】
前記磁石は、前記反応室の内側に面した前記磁石の各々の極性が、直線上に隣接した磁石の極性と逆になるように、かつ、対角線上に隣接した磁石の極性と同じになるように、前記上部電極の中心から見て非円形構成で、かつ、複数の垂直線とこれに直交する線上に配置されることを特徴とする請求項６記載の磁界支援型プラズマ処理装置における電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置。
【請求項８】
前記磁石は、前記反応室の内側に面した前記磁石の各々の極性が、直線上に隣接した磁石の極性と逆になるようにハニカム構造として六角形の頂点に配置されることを特徴とする請求項６記載の磁界支援型プラズマ処理装置における電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置。
【請求項９】
前記磁性金属は複数の分れた薄型磁性金属プレートであって、前記分れた薄型金属プレートは、前記磁石の各々と、または、前記上部電極内の複数の磁石の中で対応する１つの磁石のみと直線上に整列するように配置され、かつ、少なくとも前記薄型磁性金属プレートの表面の一部が対応する磁石のちょうど下に位置するように配置されることを特徴とする請求項６〜８記載の磁界支援型プラズマ処理装置における電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置。
【請求項１０】
前記磁性金属は単一の薄型金属シートであることを特徴とする請求項６〜８記載の磁界支援型プラズマ処理装置における電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置。
【請求項１１】
反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力が印加され、基板のプラズマ処理に用いられ、前記反応室内に面する電極表面にガスシャワーヘッドまたはターゲットが設けられた電極ユニットであり、
前記電極は、強磁性特性を有する材料と、前記のガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、複数の分れた磁石と、強磁性金属および変形膜で作られる金属シートとから構成されるシート状磁気アセンブリとで作られることを特徴とする電極ユニット。
【請求項１２】
反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力が印加され、基板のプラズマ処理に用いられ、前記反応室内に面する電極表面にガスシャワーヘッドまたはターゲットが設けられた電極ユニットであり、
前記電極は金属で作られ、強磁性の材質で作られた薄板が前記電極の表面に取り付けられ、シート状磁気アセンブリは、複数の分れた磁石と、強磁性金属から作られる金属シートと、変形膜とで構成され、前記のガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合されることを特徴とする電極ユニット。
【請求項１３】
反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力が印加され、基板のプラズマ処理に用いられ、前記反応室内に面する電極表面にガスシャワーヘッドまたはターゲットが設けられた電極ユニットであり、
前記電極は、金属と、前記電極内に配置される複数の分れた磁石と、前記のガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、複数の分れた磁石と、強磁性金属から形成される金属シートと、変形膜とから構成されるシート状磁気アセンブリとで作られることを特徴とする電極ユニット。
【請求項１４】
前記シート状磁気アセンブリの代わりに、前記のガスシャワーヘッドまたはターゲットの上面に取付けられる複数の磁石が設けられたシートを有することを特徴とする請求項１３記載の電極ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置におけるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを高周波または直流の電極に固定する装置に関する。特に、本発明は、プラズマ支援化学的気相堆積装置またはプラズマドライエッチング装置に用いられるガスシャワーヘッド、またはプラズマを利用するスパッタリング装置に用いられるターゲットを固定する技術に関する。これにより、ガスシャワーヘッドまたはターゲットから高周波（ＲＦ）または直流（ＤＣ）の電極への熱伝導性とガスシャワーヘッド下方のガス分布が改善される。
【０００２】
【従来技術】
プラズマ支援ウェハ処理技術は、半導体デバイス製造業において盛んに用いられている方法である。２つの主なプラズマ生成技術には、ウェハ面と平行な高周波または直流の電極を有する平行平板型装置におけるＲＦ（ラジオ周波数）プラズマとＤＣ（直流）プラズマがある。プラズマ支援ウェハ処理反応容器の多くでは、ガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートが高周波または直流の電極に固定されている。通常、化学気相成長（ＣＶＤ）やドライエッチングの反応容器ではガスシャワーヘッドが高周波（ＲＦ）または直流（ＤＣ）の電極に固定され、他方、スパッタ成膜反応容器ではターゲットプレートが高周波または直流の電極に固定される。
【０００３】
プラズマ処理反応容器に印加される磁界は現在ドライエッチングの応用で用いられている。
【０００４】
現在、ガスシャワーヘッドまたはターゲットは、それらの周囲にボルトまたはリング型フランジを用いることによって、高周波または直流の電極に固定される。このような固定方法には２つの大きな問題点がある。第１の問題点は、ガスシャワーヘッドまたはターゲットと電極との間の熱伝導性が不十分な点であリ、そして第２の問題点は、ガスシャワーヘッド下方のガス分布が不均一な点である。これらの問題を図１８と図１９に基づいて説明する。
【０００５】
説明を容易にするため、一例として、ドライエッチング工程に用いられるポイントカスプ磁界印加型のＲＦプラズマ処理装置を採り上げる（例えば特許文献１）。ドライエッチング反応容器１００の断面図を図１８に示し、ここではプラズマが容量結合型のメカニズムによって発生する。このプラズマ処理装置は、上部電極１０１と、下部電極１０２と、電極１０１，１０２をドライエッチング反応容器１００の他の部分から電気的に絶縁するための絶縁部材１０３（１０３ａ，１０３ｂ），１０４と、ガスシャワーヘッド１０５とから構成される。上部電極１０１は、金属、通常はアルミニウムにより製作され、また上部電極１０１は上部電極１０１内に設けられた通路１０６に液体を流すことにより冷却される。この冷却は、ガスシャワーヘッド１０５の温度を低下させるため、または一定温度に維持するために重要である。
【０００６】
複数の磁石１２２は上部電極１０１の外面で離れた位置にて配置される。複数の磁石１２２は、上記の上部電極１０１の中心から見て円形上に位置しないように配置される。また複数の磁石１２２は、ドライエッチング反応容器の内側に面した各磁石の各々の極性が、直線上に隣接した磁石の極性と逆になるように、かつ、対角線上に隣接した磁石の極性と同じになるように、複数の垂直線に沿って直交する線の構成で配置される。これらの複数の磁石１２２は、上部電極１０１の内面近傍で磁束が閉じるような磁界を発生させる。
【０００７】
さらに上部電極１０１内部には、ガスリザーバ１０７が設けられる。複数のガス導入口１０８は、ガスリザーバ１０７からドライエッチング反応容器１００の内部に向けて設けられる。ガスシャワーヘッド１０５の使用は、基板表面において一定のエッチング速度を得ることを目的とする多くのドライエッチング処理において極めて重要である。
【０００８】
上部電極１０１には、整合回路１１０を介して高周波電源１０９から高周波電力が供給される。同様に、高周波電源１１１から別の高周波電流が、整合回路１１２を介して下部電極１０２に供給される。電極１０１，１０２に与えられる高周波電流の周波数は本発明において重要な技術的意義を有するものではない。従って、ここでは、周波数については詳細に言及しない。
【０００９】
さらに特許文献２と特許文献３は他の関連技術として引用される。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−３３５６３５号公報
【特許文２】
特開２００１−２６７２９７号公報
【特許文献３】
特開２００１−２６７２９５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ガスシャワーヘッド１０５は、半導体材料（Ｓｉ等）または誘電体材料（石英等）により製作される。通常、ガスシャワーヘッド１０５は、その最も外側の部分、典型的にはガスシャワーヘッド１０５の端部、約２〜５ｍｍ幅の広い帯状部分のみを利用して上部電極１０１に固定される。図１８に示すガスシャワーヘッド１０５は、誘電体リング１０３ａにより上部電極１０１に固定される。誘電体リング１０３ａは、複数のボルト１１３を用いて別の誘電体リング１０３ｂに固定される。また、図１９に示すように誘電体リング１０３ａを用いることなしに、ボルト１１３を用いて直接上部電極１０１にガスシャワーヘッド１０５を固定してもよい。どちらの場合でもガスシャワーヘッド１０５は、その最も外側の部分のみを利用して上部電極１０１に取り付けられる。
【００１２】
たとえ上部電極１０１の下面およびガスシャワーヘッド１０５の上面が可能な限り平坦に形成されても、ガスシャワーヘッド１０５のもっとも外側の部分のみが上部電極１０１と接触する。一般に、ガスシャワーヘッド１０５の中央部分は、図１９に示すように、自重により曲がっている。この曲がりのため、極めて薄いガスリザーバ１１４が、上部電極１０１の下面とガスシャワーヘッド１０５の上面との間に形成される。このガスリザーバ１１４の形成は２つの問題点の原因となる。
【００１３】
第１の問題点は、ガスシャワーヘッド１０５と上部電極１０１の間の熱伝導性の低下である。ガスシャワーヘッド１０５は、プラズマ処理中にプラズマにより熱せられる。この熱は、ガスシャワーヘッド１０５の温度上昇を抑制するために上部電極１０１に移動させる必要がある。しかしながら、ガスシャワーヘッド１０５はその端部のみを利用して上部電極１０１に取り付けられているため、熱移動はガスシャワーヘッド１０５の端部を通してのみ生じる。このことは、ガスシャワーヘッド１０５の中央部と端部との間に急激な温度勾配を生じさせる。ガスシャワーヘッド１０５の全面をほぼ一定温度に維持することは、多くのドライエッチング工程において重要である。何故なら、ガスシャワーヘッド１０５の温度が不均一であることにより、ガスシャワーヘッド１０５の下方のプロセスガスの化学的性質が変化し、ウェハ表面上のプロセス処理に悪影響を与えるからである。
【００１４】
第２の問題点は、上部電極１０１とガスシャワーヘッド１０５の間に薄いガスリザーバ１１４が形成されるため、ガスリザーバ１０７から反応容器１００の内部に続く複数のガス導入口１０８で中断が生じる。このことから薄いガスリザーバ１１４内にプロセスガスが漏れる。薄いガスリザーバ１１４内のガス圧は、その中央部で増加する傾向がある。このガス圧の増加のため、より多くの量のプロセスガスが、ガスシャワーヘッド１０５の中央部から放出される。このことは、反応容器１００内へのプロセスガスの流れの均一性とガスシャワーヘッド１０５の下方のガスの化学的性質の均一性を変化させる。その結果、ウェハ１１５のエッチング速度が不均一となる。
【００１５】
上記の２つの問題点はドライエッチング装置を用いて説明したけれども、同じ問題は、他の多くのプラズマを利用した、磁界支援を備えたまたは備えないウェハ処理装置にも該当する。
【００１６】
本発明の目的は、ガスシャワーヘッドまたはターゲットから高周波または直流電極への熱伝導性とガスシャワーヘッド下方のガス分布とを改善することができる、プラズマ処理装置における高周波（ＲＦ）または直流（ＤＣ）の電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットを固定する装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る装置と電極ユニットは、以下のように構成される。
【００１８】
プラズマ処理装置において電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定するための第１の装置：  反応室；  金属もしくは磁性金属、または少なくとも強磁性特性を示す磁性もしくは強磁性の金属合金で作られる上部電極であって、そこでは反応室内でプラズマを発生させるため高周波または直流の電力が与えられ；  上部電極に固定されるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレート；  ガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、複数の分れた磁石と強磁性金属で作られた金属シートと、変形膜で作られるシート状磁気アセンブリ；  を備えた構成を有する。
【００１９】
プラズマ処理装置において電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定するための装置：  反応室；  金属から作られ、反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力を印加する上部電極；  上部電極に固定されるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレート；  上部電極下面に取り付けられる、磁性の金属または金属合金、または強磁性金属で作られる薄型プレート；  ガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、複数の分れた磁石、強磁性金属で作られた金属シートと、変形膜とから構成されるシート状磁気アセンブリ；  を備えた構成を有する。
【００２０】
プラズマ処理装置において電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置：  反応室；  金属から作られ、反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力を印加する上部電極；  上部電極に固定されるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレート；  上部電極の下面部分内に配置され、それぞれが離れた位置にある複数の磁石；  ガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、複数の分れた磁石と、強磁性金属で作られる金属シートと、変形膜とから構成されるシート状磁気アセンブリ；  を備えた構成を有する。
【００２１】
また、プラズマ処理装置において電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する本発明の装置は、反応室と、単体金属から製作され、反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力を印加するための上部電極と、上部電極に固定されるガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートと、上部電極の下面部分内に配置され、それぞれが離れた位置にある複数の磁石と、前記上部電極内に配置された磁石と重なるような位置であって、かつ、上部電極内の磁石とガスシャワーヘッドまたはターゲットプレート上の磁石が、どの２つの磁石との間にも引力が生じるように配置される、ガスシャワーヘッド、またはターゲットプレートの上面の離れた位置に固定される複数の独立した磁石と、を備えた構成を有する。
【００２２】
プラズマ処理装置において電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットを固定する装置において、ガスシャワーヘッドまたはターゲットは、その上面に磁石のない状態で薄型の強磁性金属シートを有する。
【００２３】
磁界支援型プラズマ処理装置において電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置：  反応室；  非磁性金属で作られ、反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力を印加する上部電極；  上部電極の内表面近傍に閉じた磁界を発生させるために上部電極の内表面部分内の離れた位置に配置される複数の磁石；  上部電極に固定され、磁性金属がその上面に設けられるガスシャワーヘッドまたはターゲット；  を備えた構成を有する。
【００２４】
磁界支援型プラズマ処理装置において電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置において、上部電極の中心から見て非円形上に配置され、かつ反応室の内側に面した磁石の各々の極性が、直線上に隣接した磁石の極性と逆になるように、かつ、対角線上に隣接した磁石の極性と同じになるように、複数の垂直線に沿って直交の構成上に配置される磁石を有する。
【００２５】
磁界支援型プラズマ処理装置において電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置において、反応室の内側に面した磁石の各々の極性が、直線上に隣接した磁石の極性と逆になるように、かつ、ハニカム構造となるように六角形の頂点に配置された磁石を有する。
【００２６】
磁界支援型プラズマ処理装置において電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置において、磁性金属が複数の離れた位置にある薄型磁性金属プレートであって、その薄型金属プレートは、上部電極内の磁石の各々とまたは複数の磁石の中で選択された１つの磁石のみと直線上に整列するように配置され、かつ薄型磁性金属プレートの表面の少なくとも一部がちょうど対応する磁石の下に位置するように配置される。
【００２７】
磁界支援型プラズマ処理装置において電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する装置において、磁性金属が単一の薄型金属シートである。
【００２８】
反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力が印加され、基板のプラズマ処理に用いられ、反応室内側に面する電極表面にガスシャワーヘッドまたはターゲットが設けられた電極ユニットにおいて、電極は強磁性特性を有する材料から作られ、シート状磁気アセンブリはガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、複数の分れた磁石と、強磁性金属の金属シートと、変形膜とから構成される。
【００２９】
反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力が印加され、基板のプラズマ処理に用いられ、反応室の内側に面する電極表面にガスシャワーヘッドまたはターゲットが設けられた電極ユニットにおいて、電極は金属で作られ、強磁性特性を有する材料で作られた薄型プレートは上部電極の表面に取り付けられ、かつシート状磁気アセンブリは、ガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、複数の分れた磁石と、強磁性金属から作られる金属シートと、変形膜とから構成される。
【００３０】
また、反応室内にプラズマを発生させるために高周波または直流の電力が印加され、基板のプラズマ処理に用いられ、前記反応室の内側に面する電極表面にガスシャワーヘッドまたはターゲットが設けられた本発明の電極ユニットは、金属から製作される電極と、上部電極内に配置される複数の離れた位置にある磁石と、ガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートの上面に接合され、強磁性金属と変形シートから製作される金属シートと複数の独立した磁石とから構成されるシート状磁気アセンブリと、を備えた構成を有する。
【００３１】
電極ユニットにおいて、シート状磁気アセンブリの代わりに、ガスシャワーヘッドまたはターゲットの上面に複数の磁石が設けられたシートが取り付けられる。
【００３２】
磁力を用いることによって高周波または直流の電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットを固定するという技術が発明された。この技術は、ガスシャワーヘッドまたはターゲットと電極との間の接触面積を増加させると共に、ガスシャワーヘッドまたはターゲットと電極との間の薄型のガスリザーバの形成を防止する。その結果、ガスシャワーヘッドまたはターゲットの温度均一性とガスシャワーヘッド下方のガス分布が改善する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、好ましい実施形態を添付図面を基づき説明する。実施形態の説明を通して、本発明の詳細を明らかにする。以下に説明する実施形態の全てを通して、実質上同一の構成要素は、同じ参照数字で示す。
【００３４】
【実施形態１】
本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。第１実施形態は、ドライエッチング装置を説明するものである。本発明の技術は、多くの異なるプラズマ処理装置に利用することができる。第１実施形態において、説明の容易化のためドライエッチング装置のための反応容器が用いられる。
【００３５】
図１は、第１実施形態のドライエッチング反応容器（反応室）の縦断面図である。プラズマは、ドライエッチング反応容器１０内で容量結合型のメカニズムにより生成される。ドライエッチング反応容器１０は、上部電極１１、下部電極１２、絶縁部材または誘電部材（１３，１４）、ガスシャワーヘッド１５と、から構成される。絶縁部材１３は、リング型であり、円筒状側壁１６の内側に固定される。絶縁部材１３は、ボトムプレート１７上に設けられた基礎部材である。絶縁部材１３は係合段差構造により上部電極１１を支持する。下部電極１２は、絶縁部材１４の上面上に配置される。絶縁部材１３，１４は、装置１０の他の部分から電極１１，１２をそれぞれ絶縁する。第１実施形態における上部電極１１は、好ましくは、鉄のような強磁性金属で作られ、上部電極１１の内部に形成される通路１８に液体を流すことにより冷却される。通路１８は、導入口１８ａと排出口１８ａを有する。冷却は、ガスシャワーヘッド１５の温度を低下させるためまたは一定温度に維持するために重要である。さらに、上部電極１１の内部にガスリザーバ１９が設けられる。ガスリザーバ１９は、ガス供給装置に連結されるガス導入口１９ａを有する。複数のガス導入口２０は、ガスリザーバ１９からドライエッチング反応容器１０の内部空間にガスを供給するために形成される。また、複数のガス導入口２０は、シート状磁気アセンブリ２２とガスシャワーヘッド１５においても形成される。ガス導入口２０を形成するための多数の孔は、それぞれシート状磁気アセンブリ２２とガスシャワーヘッド１５に設けられる。ガスシャワーヘッド１５は、ドライエッチング反応容器１０の内部空間に広範囲かつ均一にガスを導入するのに十分なガス導入口を形成する多くの孔を有する。シート状磁気アセンブリ２２とガスシャワーヘッド１５から構成されるユニットにおけるガス導入口を形成する孔は、２つの方法で形成される。１つの方法は、ユニットを製作した後に孔を形成する方法である。もう１つの方法は、ユニットが多数の孔を有するように任意に複数の磁石を配置することによって多数の孔を形成する方法である。さらにドライエッチング反応容器１０は、反応容器の側壁１０の下側部分にガス排出口２１を有する。
【００３６】
上部電極１１には、整合回路３２を介して高周波電源３１から高周波電力が供給される。同様に、高周波電源３３からの別の高周波電流が整合回路３４を介して下部電極１２に供給される。前記電極１１，１２に印加される高周波電流の周波数は本発明において技術的に重要な意義を有しない。従って本願では、周波数については詳細に議論しない。
【００３７】
上記のガスシャワーヘッド１５は、通常、例えばシリコン等の誘電体または半導体材料から作られる。しかしながら、処理のタイプに応じてガスシャワーヘッド１５に異なる材料を用いることもできる。
【００３８】
ガスシャワーヘッド１５の上面にはシート状磁気アセンブリ２２が接合される。シート状磁気アセンブリ２２の拡大縦断面図の一部を図２に示す。シート状磁気アセンブリ２２では、強磁性金属シート２４と変形膜２５の間に配置された多くの磁石２３がある。磁石２３は、図２に示すごとく極性が交互になるように配置される。図３は磁石の配列の上面図である。複数の磁石２３の極性が交互に配列している様子は図３において明瞭に示される。
【００３９】
磁石２３の断面形状は技術的に重要な意義を有しない。通常、磁石２３の厚さは例えば約１ｍｍである。図３に示すように、磁石２３の平面形状は、細長い磁気ストライプ模様である。細長の縞形の磁石２３の各々は、磁石全体を円形形状にするためにそれぞれ異なる長さを有する。なお、同様の結果が得られるならば、まったく異なる磁石配置としてもよい。例えば、離れた位置にある四角の磁石の各々が交互に異なる極性となるように配置されてもよい。
【００４０】
磁石２３の各々と金属シート２４との結合には、より高い熱伝導効率を有するものとするため接着剤を用いる。磁石２３の磁界強度は重要でなく、通常、極めて弱く、例えば１００ガウス以下である。
【００４１】
金属シート２４は、例えば、強磁性金属により作られる。金属シート２４の厚さは例えば５ｍｍ以下である。金属シート２４の目的は、ガスシャワーヘッド１５の下面への磁束の貫通を防止することにある。プラズマは、ガスシャワーヘッド１５の下方空間に発生する。もしガスシャワーヘッド１５下面より下方への磁束の貫通がウェハのプラズマ処理にとって問題がなければ、金属シート２４を使用する必要はない。さらには、例えば１０ｍｍ程度の厚さの厚めのガスシャワーヘッドが用いられる場合や、極めて弱い磁石が用いられる場合にも、金属シート２４を使用する必要はない。何故なら、このような状態では、ガスシャワーヘッド１５の下方へ貫通する磁界は生じないからである。
【００４２】
通常、変形シート２５の厚さはできるだけ薄くされる。例えば、その厚さは１ｍｍ以下であることが好ましい。また、変形シート２５は、カーボン、シリコンのような材料、または同種の材料で製作されることが好ましい。変形シート２５の役割は、上部電極１１とシート状磁気アセンブリ２２との間の接触面積を増加させることにある。接触面積の増加は、ガスシャワーヘッド１５とシート状磁気アセンブリ２２との間の熱伝導性を改善する。この構造は、ガスシャワーヘッド１５の温度分布をより均一にする。さらにこの構造では、ガスシャワーヘッド１５と上部電極１１の間でいかなる隙間も生じない。従って、ガスリザーバ１９から反応容器１０に向けて設けられるガス導入口の中断が防止される。またガスシャワーヘッド１５の下方空間において均一なガス分布が達成される。
【００４３】
さらには、上記の変形シート２５はこの発明にとって必要不可欠な要素ではない。
【００４４】
上記の実施形態において、上記ドライエッチングは典型的な具体例として説明されている。しかし、他のプラズマ処理装置のガスシャワーヘッドまたはターゲットを固定するために、同様の特徴を有する構造を用いることができる。第１実施形態においては、プラズマ発生のメカニズムは重要ではない。プラズマは、ＲＦプラズマ、ＤＣプラズマ、または他の多くのタイプのプラズマでもよい。さらには、上部電極は、ガス導入口を有していても、いなくてもよい。例えば、通常、ターゲット内部にガス導入口を有しないＤＣプラズマ型スパッタ装置において、上述の特徴を有する構造をターゲットを固定するために用いることができる。
【００４５】
第１実施形態によれば、ガスシャワーヘッド１５は、シート状磁気アセンブリ２２に基づく磁力によって上部電極１１の下面の全面に固定され、または取り付けられる。その結果、ガスシャワーヘッドまたはターゲットの温度の均一性とガスシャワーヘッドの下方でのガス分布が改善される。
【００４６】
【実施形態２】
次に本発明に係る第２実施形態を図４に基づいて説明する。図４は、上部電極ユニット１１とガスシャワーヘッド１５を含む拡大縦断面図である。第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。それ故、第２実施形態は、その特徴的部分のみが示され、かつ説明される。構成の残りの部分は、第１実施形態に示すものと同じである。
【００４７】
第１実施形態と第２実施形態との唯一の相違は、上部電極１１がアルミニウム（Ａｌ）のような非強磁性金属で作られる点にある。それ故、シート状磁気アセンブリ２２にガスシャワーヘッド１５を取リ付けるために、薄い強磁性シート４１が上部電極１１の下面に取付けられる。通常、アルミニウムのような非磁性金属はより高い温度伝導性を有する。従って、上部電極１１に非強磁性金属を用いることによって、通路１８の内部を流れる冷却剤と上部電極１１との間の熱移動を改善することができる。その結果、ガスシャワーヘッド１５の温度上昇が抑制される。さらには、この構造により第１実施形態において説明した利点のすべてを享受することができる。
【００４８】
【実施形態３】
図５と図６を参照して本発明に係る第３実施形態を説明する。図５は上部電極１１とガスシャワーヘッド１５の拡大縦断面図である。図６は上部電極１１の下面の磁石の配置を示す底面図である。
【００４９】
第３実施形態は第２実施形態の変形例である。上部電極１１は、同様にまた、Ａｌのごとき金属で作られる。上部電極１１の下面には、複数の分れた磁石４２が、隣接した磁石の各々の磁極が逆極性となるように配置されている。磁石４２は、電極下面に形成される孔の中に置かれ、接着剤で固定されている。磁石４２の個数は重要ではなく、上部電極１１の下面の面積に応じて任意に決めることができる。磁石４２は、通常は、ほぼ数センチ間隔ごとに、例えば４ｃｍ間隔ごとに配置される。磁石４２は、上部電極１１の下面内に不規則に配置することもできる。磁石４２は、特定のパターンを用いないで配置することもできるし、或るパターンを用いて配置することもできる。例えば、図６は、磁石配置の可能なパターン、もしくは好ましいパターンを示す。本図では、磁石４２は格子パターンに配置されている。
【００５０】
磁石４２の断面形状における直径は技術的観点からは重要ではなく、２〜２０ｍｍの範囲内にある。磁界強度も技術的観点からは重要ではない。通常は２００ガウス以下の弱い磁石が好ましい。何故なら、強磁界は、反応容器１０内を貫通し、プラズマの均一性と化学的性質に影響を与えるからである。
【００５１】
図５に示すように磁石４２は、上部電極１１の下面に形成された孔の中に単純に配置される。従って、磁石４２の下面と上部電極１１の下面は同じ平面上に位置する。磁石４２は、接着剤の使用、または他の技術によって上部電極１１に接合する必要がある。
【００５２】
また第３実施形態３において説明したように、孔に磁石４２を接着剤でつける代わりに、図７に示すように、上部電極１１の内部に磁石４２を埋め込んでもよい。
【００５３】
上記の第３実施形態とその変形例によれば、ガスシャワーヘッド１５の温度上昇が抑制される。第３実施形態によれば、上記第１実施形態で説明した利点のすべてを享受することができる。
【００５４】
【実施形態４】
次に本発明に係る第４実施形態を図８と図９を参照して説明する。第４実施形態は第３実施形態の変形例である。この実施形態では、シート状磁気アセンブリ２２の代わりに、離れた位置に配置される複数の磁石４３が用いられる。これらの磁石４３は、ガスシャワーヘッド１５の上面に配置される。磁石４３の配置は、磁石４２の配置とそれぞれ一致する。残りの構成部分は、第３実施形態と同様である。磁石４３の個々の磁石の磁極は、対応する上部電極１１に配置される磁石４２と逆極性となるようにする。図９に示すように、磁石４２は、強磁性金属シート４４により支持される。さらには、変形シート４５は、磁石４３を保護するために強磁性金属シート３３の上面に貼り付けられる。磁石４３を含む磁石ユニットは、別タイプのシート状磁気アセンブリとなる。変形シート４５は、上部電極１１とガスシャワーヘッド１５の間に隙間を形成しないようなものであることが望ましい。しかし、変形シート４５は必要不可欠なものではない。さらに、強磁性金属シート４４の目的は、反応容器１０内への磁束の貫通を絶つことにある。
【００５５】
第４実施形態の変形例として、薄い強磁性金属シート４４のみを用いてガスシャワーヘッド１５を用いることができる。この場合は、磁石４３と変形シート４５は用いない。よってガスシャワーヘッド１５は、上部電極１１の内部に埋め込まれた磁石４２により発生する磁力のみによって上部電極１１に取リ付けられる。
【００５６】
上記の第４実施形態とその変形例によれば、ガスシャワーヘッド１５の温度上昇が抑制される。第４実施形態等によれば、上記の第１実施形態で説明した利点のすべてを享受することができる。
【００５７】
【実施形態５】
次に、本発明に係る第５実施形態を図１０，１１，１２を参照して説明する。図１０は本発明に係る第５実施形態の縦断面図である。本実施形態における反応容器１０はプラズマ処理反応器である。複数の磁石５１が、上部電極１１の内部に形成される孔の中に配置される。
【００５８】
複数の磁石５１は、上記の上部電極１１の中心から見て非円形構成にて配置される。また複数の磁石５１は、反応容器１０の内部に面した磁石の各々の極性が、直線上に隣接した磁石の極性と逆となるように、かつ、対角線上に隣接した磁石の極性と同じになるように、複数の垂直線に沿って直交する線上の構成にて配置される。
【００５９】
このような磁石５１の配置は、図１０に示すように、上部電極１１の下面近傍で磁束５２が閉じるように発生する。磁石５１は、上部電極１１に形成される孔内に配置される必要はない。代わりに、磁束５２と同様のパターンが得られるならば、上部電極１１の上面に磁石５１を配置することもできる。図を明瞭にするため、磁束５２は、上部電極１１の下面における部分のみが示される。
【００６０】
ガスシャワーヘッド１５も、誘電体材料または半導体材料から作られる。ガスシャワーヘッド１５の上面には薄型の金属プレート５３が、磁石５１の磁石配置と同様のパターンで配置される。
【００６１】
図１１はガスシャワーヘッド１５の部分拡大断面図であり、図１２はガスシャワーヘッド１５の上面図である。薄型金属プレート５３は、例えば鉄のような磁性金属から作られる。薄型金属プレート５３の厚さは技術的に重要なものではないが、通常、約１ｍｍである。薄型金属プレート５３はガスシャワーヘッド１５にしっかりと接合される。薄型金属プレート５３は、通常、図１１に示すようにガスシャワーヘッド１５の上面に形成される孔の中に配置される。
【００６２】
さらには、ガスシャワーヘッド１５の上面に変形可能材料５４からなる薄いシートを用いてもよい。変形シート５４の目的は、上部電極１１との適切な接触を図り、接触面積を増加させることにある。しかしながら、変形シート５４の使用は必須ではない。
【００６３】
反応容器１０にプロセスガスを導入するために異なる方法を用いることができる。さらに、スパッタ装置のほとんど全てにおいてガスは上部電極１１を通して導入されず、その代わりに、反応容器１０のボトムプレートまたは側壁の付近に設けられたガス導入口が利用される。
【００６４】
薄型金属プレート５３の配置は、磁石配置と同じようにする必要はない。代わりに、例えば図１３に示すように任意に薄型金属プレート５３を配置することができる。上記の配置に関しての必須要件は、少なくとも薄型金属プレート５３の一部が磁石５１の直下に位置し、かつ、磁石５１と薄型金属プレート５３との間に発生する磁力が、上部電極１１にガスシャワーヘッド１５をしっかりと取り付けるために十分大きなものであることである。
【００６５】
さらに、離れた位置にそれぞれ配置される小さな複数の部品を用いる代わりに、図１４に示すように薄い金属５５の大きな単一のシートを用いることもできる。しかし、この場合は、ガスシャワーヘッド１５の下方の磁束密度が少し弱められる。何故なら、１つの磁石５１に由来する磁束の一部が、近接する磁石５１に至るまで、薄型の金属シート５５の内部を通過するからである。
【００６６】
前記薄型金属プレート５３を有する構造の働きを説明する。磁石５１と薄型金属プレート５３が上述したように配置された場合は、それらの間には引き合う磁力が発生する。もし、薄型金属プレート５３の数量が、大きな磁力を発生するのに十分なものであれば、ガスシャワーヘッド１５は、磁力のみによって上部電極に固定されるであろう。
【００６７】
磁束は、図１５に示すように、磁界強度の減衰なしに薄型金属プレート５３を通過する。この理由は、個々の薄型金属プレート５３が離れて位置することと各磁力線５２が閉じたループとなることに起因すると考えられる。従って、図１５に示すような閉じた磁束５２のパターンは、薄型金属プレート５３により影響を受けない。従って、薄型金属プレート５３の使用は、プラズマ発生のメカニズムまたはプラズマパラメータに影響を与えない。
【００６８】
しかし、もし、離れて配置される複数の薄型金属プレート５３の代わりに図１４に示すような単一の大きな薄型金属シート５５が用いられた場合は、ガスシャワーヘッド１５の下方の磁束密度は減少する。その理由は、図１６に示すように、磁束の一部が薄型金属シート５５内を通過するからである。しかし、極めて薄い金属シート５５を用いることによって、磁束密度の損失を最小限に抑えることができる。
【００６９】
上述の磁石５１と薄型金属プレート５３の配置形状は、上部電極１１とガスシャワーヘッド１５を共にしっかりと固定するものである。これによりガスシャワーヘッド１５と上部電極１１の間の熱伝導性が改善し、ガスシャワーヘッド１５の温度均一性が向上する。さらに、ガスシャワーヘッド１５と上部電極１１が、それらの全面にわたってしっかりと固定されるために、ガスシャワーヘッド１５と上部電極１１の間には空間が生じない。これにより反応容器１０内のガス分布が改善される。
【００７０】
第５実施形態によれば、高周波または直流電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定する技術は、ガスシャワーヘッドまたはターゲットの温度の均一性とガスシャワーヘッド下方のガス分布を改善する。
【００７１】
【第６実施形態】
第６実施形態は、第５実施形態の変形例であり、図１７を参照して説明する。第５実施形態と比較した場合における唯一の相違点は、磁石５１と薄型金属プレート５３の配置である。図１７は、ガスシャワーヘッド１５の上面にある薄型金属プレート５３の配置を示す。すなわち上部電極１１にある磁石５１も同様のパターンで配置される。複数の磁石５１は、六角形の頂点に配置され、蜂の巣状となるように互いに取り付けられる。同じ上部電極の下部にあるどの２つの磁石も、反応容器１０の内側に面する極性が互いに逆となる。このような磁石配置もガスシャワーヘッド１５の下面の近傍に閉じた磁束を発生する。
【００７２】
従って、第５実施形態と同様に、各々の磁石５１の下方に薄型金属プレート５３を配置する必要はない。薄型金属プレートを配置するための適当な位置を任意に定めることができる。磁石と薄型金属プレートのこのような配置形状においても、第５実施形態に開示されたのと同様の利益をもたらす。
【００７３】
上記の各実施形態は磁石５１の特殊な配置について説明される。しかしながら、高周波または直流の電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットプレートを固定するために、その他の磁石配置および適当な薄型金属プレートの配置も用いることができる。よって本発明に係る構造や手法は、プラズマ処理室の形式や大きさおよびプロセスパラメータの形式に応じて適当に変更することができる。
【００７４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、磁力の利用により高周波または直流の電極にガスシャワーヘッドまたはターゲットを固定することを可能にすることによって、電極とガスシャワーヘッドまたはターゲットとの接触面積を増加させることができ、かつ、電極とガスシャワーヘッドとの間の薄いガスリザーバの形成が防止される。従って本発明によれば、ガスシャワーヘッドまたはターゲットの温度均一性とガスシャワーヘッドの下方のガス分布を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この図は、第１実施形態のドライエッチング反応容器の縦断面図である。
【図２】この図は、シート状磁気アセンブリの拡大縦断面図である。
【図３】この図は、細長の磁気ストライプの配置を有するシート状磁気アセンブリの磁石の平面図である。
【図４】この図は、第２実施形態の上部電極ユニットとガスシャワーヘッドを含む部分の拡大縦断面図である。
【図５】この図は、第４実施形態の上部電極ユニットとガスシャワーヘッドを含む部分の拡大縦断面図である。
【図６】この図は、第４実施形態の上部電極の底面図である。
【図７】この図は、第３実施形態の変形例の上部電極ユニットとガスシャワーヘッドを含む部分の拡大縦断面図である。
【図８】この図は、第４実施形態の上部電極ユニットとガスシャワーヘッドを含む部分の拡大縦断面図である。
【図９】この図は、第４実施形態の金属シートの拡大縦断面図である。
【図１０】この図は、第５実施形態の反応容器の縦断面図である。
【図１１】この図は、第５実施形態のガスシャワーヘッドの部分拡大縦断面図である。
【図１２】この図は、第５実施形態のガスシャワーヘッド上面の平面図である。
【図１３】この図は、第５実施形態の他のガスシャワーヘッド上面の平面図である。
【図１４】この図は、上部電極ユニットとガスシャワーヘッドを含む他の構造の縦断面図である。
【図１５】この図は、薄型金属シートを用いたガスシャワーヘッドの部分拡大縦断面図である。
【図１６】この図は、薄型金属シートを用いたガスシャワーヘッドの部分拡大縦断面図である。
【図１７】この図は、第６実施形態の他のガスシャワーヘッド上面の平面図である。
【図１８】この図は、従来技術のプラズマ処理装置の反応容器の縦断面図である。
【図１９】この図は、従来技術の他の上部電極とガスシャワーヘッドを含む構造の部分縦断面図である。
【符号の説明】
１０            反応容器
１１            上部電極
１２            下部電極
１５            ガスシャワーヘッド
２２            シート状磁気アセンブリ
【図１】
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【図２】
2005019606.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2005019606.tif 000016
【図１５】
2005019606.tif 000017
【図１６】
2005019606.tif 000018
【図１７】
2005019606.tif 000019
【図１８】
2005019606.tif 000020
【図１９】
2005019606.tif 000021
【外国語明細書】
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